Recubrimiento conductor sobre plástico: una guía práctica sobre materiales, adherencia y pruebas

El plástico es el material al que recurren la mayoría de los diseñadores cuando necesitan algo ligero, resistente y económico para moldear, y también es, por su naturaleza, un aislante. La carga estática se acumula en la superficie, el polvo se adhiere a ella y las interferencias electromagnéticas atraviesan una carcasa de plástico como si la pared no estuviera allí. La respuesta habitual es un revestimiento conductor sobre plástico, pero solo funciona bien cuando se elige por el polímero que se encuentra debajo en lugar de por la cifra de conductividad impresa en una hoja de datos.

Después de más de una década de desarrollar líquidos iónicos y aditivos funcionales para aplicaciones de polímeros y electrónica, hemos observado que se repite el mismo patrón: la química rara vez es el punto débil. La adherencia, el pretratamiento, el control del curado y la forma en que finalmente se fija una pieza recubierta deciden si el proyecto se sostiene en el campo.

Por qué vale la pena el esfuerzo de aplicar un revestimiento conductor al plástico

En una pieza metálica, la conductividad es una propiedad del material a granel. En una pieza de plástico es algo añadido a la superficie, y esa diferencia da forma a toda la tarea de ingeniería. Tres requisitos impulsan la mayoría de los proyectos:

• Control estático. Las bandejas de manipulación, las cintas adhesivas y las películas de embalaje necesitan un camino controlado a tierra para que la carga no se acumule y se descargue en los componentes electrónicos sensibles.
• Blindaje electromagnético. Una capa conductora en una carcasa atenúa la interferencia que entra y sale de la carcasa, razón por la cual el plástico recubierto sigue siendo común en el hardware de instrumentación y comunicaciones.
• Circuitos funcionales. Los interruptores de membrana, las superficies táctiles y las antenas impresas utilizan tintas conductoras para transportar pequeñas corrientes a través de una película flexible.

El rendimiento normalmente se expresa como resistividad superficial en ohmios por cuadrado: aproximadamente 10 ⁴ a 10 ⁶ ohmios/sq es conductivo, 10 ⁶ a 10 ⁹ disipativo, y 10 ⁹ a 10 ¹² antiestático, mientras que el blindaje suele requerir 10 ⁰ a 10 ² ohmios/cuadrado Saber qué banda necesita realmente su producto ahorra dinero, ya que un recubrimiento relleno de carbón a menudo hace el trabajo de uno plateado a una fracción del costo.

Cómo funcionan realmente los recubrimientos conductores en un polímero

Un recubrimiento es una película delgada, no una placa de metal. Es un aglutinante, generalmente acrílico, epoxi, poliuretano o una resina a base de agua, que lleva algo conductor.

Sistemas basados en rellenos

El negro de carbón, el grafito, las escamas de plata, el níquel y el cobre recubierto de plata funcionan de la misma manera: a partir de una determinada carga, las partículas se tocan entre sí y forman una red a través de la película seca. Por debajo de ese umbral, la resistencia aumenta drásticamente, razón por la cual la carga del relleno, el tiempo de mezclado, el espesor de la película y el programa de curado son tan importantes. Una película ligeramente poco llena o rociada de manera desigual puede leer megaohmios donde la especificación prometía kiloohmios.

Sistemas iónicos e intrínsecamente conductores

Los líquidos iónicos, las sales de amonio cuaternario y productos químicos relacionados mueven iones en lugar de electrones, lo que proporciona una disipación suave y dependiente de la humedad que se adapta a las películas antiestáticas. Los polímeros conductores como PEDOT:PSS forman una columna vertebral conjugada que transporta electrones y se puede recubrir lo suficientemente delgada como para permanecer ópticamente transparente. Ambas rutas resultan atractivas cuando son importantes la transparencia, la flexibilidad o la baja carga de partículas, y ambas necesitan un control de la humedad más estricto que una película rellena de metal.

Comparación de las rutas de recubrimiento comunes

Trate las cifras siguientes como puntos de partida para sus propias pruebas y no como valores garantizados.

La adhesión es donde fracasan la mayoría de los proyectos

Los plásticos no son metales. El polipropileno y el polietileno sin tratar tienen cerca de 30 mN/m de energía superficial, mientras que la mayoría de los aglutinantes de recubrimiento necesitan un sustrato por encima de aproximadamente 38 a 42 mN/m antes de humedecerse y adherirse adecuadamente. El ABS, el policarbonato y la poliamida son más amigables, pero aún así llegan con agentes desmoldantes, polvo y contaminación por manipulación.

El pretratamiento es la respuesta práctica. El tratamiento con plasma y corona aumenta la energía superficial y agrega grupos polares, el tratamiento con llama hace lo mismo para muchas poliolefinas y los imprimadores sirven cuando no hay equipos disponibles. Aplique la capa dentro de la ventana de activación, ya que las superficies tratadas vuelven a su estado original en horas o días.

Otros dos modos de falla merecen atención. Los recubrimientos a base de solventes pueden agrietar por tensión las mezclas de policarbonato, por lo que la elección del solvente debe probarse en piezas reales, y los sistemas curados por calor pueden deformar las molduras de paredes delgadas, razón por la cual a menudo se eligen recubrimientos de baja temperatura y de curado UV para PVC y PET.

Una secuencia de aplicación práctica

Al pasar de la muestra a la producción, este pedido mantiene las sorpresas al mínimo.

1. Confirme el grado del polímero y mida su energía superficial antes de solicitar cualquier recubrimiento.
2. Limpie las piezas para eliminar agentes desmoldantes, aceites y polvo, luego manipúlelas con guantes.
3. Pretratar por plasma, corona o llama y registrar los parámetros para poder repetirlos.
4. Enmascare las aberturas de los conectores, los salientes de los tornillos y los contactos de conexión a tierra, y verifique que el enmascaramiento sobreviva al rocío.
5. Aplique pasadas finas y superpuestas a una distancia constante en lugar de una capa gruesa.
6. Cure según el sistema aglutinante, ya que la conductividad en películas a base de relleno a menudo mejora a medida que la película se seca.
7. Pruebe las primeras piezas de producción en cuanto a resistividad, adhesión y espesor antes de ejecutar el lote.
8. Dele a cada parte blindada una ruta de tierra definida, porque una película conductora sin conexión a tierra hace muy poco.

Qué medir antes de ampliar

Es fácil medir la conductividad en una muestra nueva y detenerse allí. Es más útil saber cómo se comporta el revestimiento en servicio.

• Resistividad de la superficie, medida a temperatura y humedad controladas con una sonda paralela, en piezas y no solo en cupones planos.
• Adherencia, utilizando una prueba de cinta cruzada en la cara recubierta y en los bordes cortados después del recubrimiento.
• Espesor de la película seca, rastreado a lo largo de la pieza para capturar las esquinas gruesas y los huecos finos.
• Humedad y ciclos térmicos, que exponen los sistemas iónicos a la humedad y los sistemas de relleno a tensiones de interfaz.
• Pruebas de abrasión y flexión para películas que serán manipuladas, enrolladas o dobladas durante el montaje.
• Efectividad del blindaje en un gabinete ensamblado, porque las costuras, los espacios y los puntos de fijación sin recubrimiento limitan el rendimiento con más frecuencia que la propia película.

Hacer coincidir la ruta con la pieza

La elección correcta suele depender de la geometría y el entorno. Los paneles y bandejas grandes y sencillos son adecuados para revestimientos rellenos de carbón que se pulverizan rápidamente. Las carcasas con huecos profundos y nervaduras internas pueden necesitar un relleno conductor de resina o un proceso de vacío, porque una pistola pulverizadora no puede llegar a todas partes. Las ventanas transparentes apuntan hacia polímeros conductores o sistemas antiestáticos iónicos que permanecen transparentes, y las piezas expuestas a disolventes o niebla salina necesitan una revisión temprana y no tardía del comportamiento de corrosión de los sistemas llenos de metal.

El costo pertenece a la misma conversación. El costo total por pieza aceptable es una comparación más honesta que el precio por litro de recubrimiento.

Cuando la composición supera al recubrimiento

No todos los problemas estáticos necesitan un paso de recubrimiento. Se puede combinar una química antiestática con la resina para que la pieza moldeada terminada disipe la carga sin ninguna operación secundaria. Este enfoque llega a las superficies internas, sobrevive a la limpieza y la manipulación y elimina completamente el enmascaramiento, motivo por el cual es popular para cajas, películas y molduras complejas.

Si está pensando en esta ruta, nuestra descripción general de Agentes antiestáticos para plásticos, textiles, electrónica y cintas. explica dónde los aditivos compuestos ganan su lugar y dónde un recubrimiento sigue haciendo mejor su trabajo.

Las compensaciones son compatibilidad y permanencia. Un aditivo debe dispersarse limpiamente, no debe decolorar ni volver quebradizo el polímero y debe permanecer en la pieza en lugar de migrar a la superficie y borrarse.

Elegir la química detrás del aditivo

Los líquidos iónicos son una herramienta práctica en este caso, ya que el catión y el anión se pueden seleccionar casi de forma independiente. Un catión de amonio cuaternario emparejado con un anión fluorado, por ejemplo, da una sal térmicamente estable y esencialmente no volátil que se mezcla en un polímero o un recubrimiento sin el olor y la evaporación que provocan los tensioactivos antiestáticos convencionales.

Líquido iónico de amonio cuaternario de tetrafluoroborato de tetraetilamonio Tetrafluoroborato de tetraetilamonio con una pureza del 99%, CAS 429-06-1, un líquido iónico de amonio cuaternario para catálisis, electrolitos y aplicaciones de aditivos industriales. Ver producto →

La estructura también gobierna los detalles. Las cadenas de alquilo más largas y los aniones más grandes tienden a suavizar la película y ralentizar el movimiento de los iones, mientras que los aniones más pequeños y polares aumentan la conductividad y la sensibilidad a la humedad. Los líquidos iónicos a base de hidroxilo y éter a menudo se eligen cuando es importante la compatibilidad con una resina polar o un recubrimiento a base de agua. Primero defina la banda de resistividad, la temperatura de procesamiento y el régimen de limpieza, luego deje que siga la química.

En las formulaciones de recubrimientos y películas, los aditivos iónicos suelen ser una pequeña fracción de la mezcla, a menudo alrededor del uno al cinco por ciento del peso de la película seca, ajustados hacia arriba sólo hasta que se alcanza la resistividad objetivo.

Mantener un proyecto en marcha

Un revestimiento conductor sobre plástico es un sistema más que un producto. El polímero, el pretratamiento, la química, el curado y la conexión a tierra tienen que estar de acuerdo entre sí, y una debilidad en cualquiera de ellos se manifiesta como un fracaso en el campo.

La disciplina que funciona no es glamorosa: medir la energía superficial antes de elegir un recubrimiento, probar la adhesión antes de ampliarlo y verificar el rendimiento después de la humedad y los ciclos térmicos en lugar de solo el día en que se fabricaron las piezas.

Si desea hablar sobre un sustrato específico, un objetivo de resistividad o una química de aditivos, nuestro equipo técnico estará encantado de ayudarle .